土壤微生物數(shù)量變化特征研究進展

馬琳

摘? ?要? ?土壤微生物作為評價土壤質(zhì)量的重要指標之一，在土壤培肥及營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化等方面的作用巨大。微生物數(shù)量是土壤微生物研究的基礎(chǔ)指標，能夠有效反映土壤綜合生態(tài)環(huán)境特征。簡介了幾種常用的土壤微生物數(shù)量研究方法，綜述了不同施肥條件、不同土地利用方式及重金屬污染下土壤微生物數(shù)量的變化特征。

關(guān)鍵詞? ?土壤;微生物數(shù)量;變化特征;綜述

中圖分類號：S182? ? 文獻標志碼：A? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.31.031

土壤微生物是土壤中一切肉眼看不見或看不清楚的微小生物的總稱，包括細菌、真菌、放線菌等，是最敏感的土壤質(zhì)量生物學指標，對維持土壤生產(chǎn)力、保障動植物健康生長具有重要意義。土壤微生物數(shù)量巨大，種類繁多，不同的土壤微生物對土壤條件的要求存在差異。土壤條件變化會導致土壤微生物數(shù)量發(fā)生變化，因此土壤微生物數(shù)量能夠反映土壤綜合生態(tài)環(huán)境特征，微生物數(shù)量是土壤微生物研究的重要內(nèi)容。

土壤微生物數(shù)量的研究方法通常分為三類：1）傳統(tǒng)的培養(yǎng)計數(shù)法，主要包括稀釋平板法和最大或然數(shù)法;2）將土壤微生物進行染色后在顯微鏡下觀察計數(shù);3）直接分離提取土壤中的微生物后進行測定，如提取微生物生物量、提取土壤DNA進行測序分析等。其中稀釋平板法作為研究土壤微生物最基本的方法，被廣泛采用，但在研究過程中土壤微生物群落易受溫度、pH等環(huán)境條件的影響，且大量微生物不能被有效培養(yǎng)，影響試驗結(jié)果。現(xiàn)代分子生物學方法可以直接從環(huán)境樣品中提取微生物群體基因組DNA進行研究，彌補了傳統(tǒng)微生物研究方法中培養(yǎng)階段存在的缺陷，因而近年來，越來越多的研究者采用分子生物學方法進行土壤微生物數(shù)量研究，保證對土壤微生物數(shù)量變化檢測結(jié)果的準確性。筆者綜述了不同施肥條件、不同土地利用方式和重金屬污染下土壤微生物數(shù)量的變化特征，并在土壤微生物數(shù)量研究方法上進行展望，旨在為不同環(huán)境土壤的培肥及微生物相關(guān)研究提供科學依據(jù)。

1 不同施肥條件下土壤微生物數(shù)量變化特征

施肥不僅能提供作物生長發(fā)育所必需的養(yǎng)分，還可以改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤增溫保水能力，給土壤微生物提供良好的營養(yǎng)條件和棲息環(huán)境，保證其生長繁殖。土壤微生物在生長繁殖過程中也會向土壤釋放養(yǎng)分，達到培肥效果，主要通過兩種途徑：1）對有機物質(zhì)進行分解得到腐殖質(zhì);2）同化和固定土壤中的碳素和無機營養(yǎng)物質(zhì)，形成土壤微生物生物量。不同施肥條件會對土壤微生物數(shù)量產(chǎn)生不同的影響，土壤微生物種類不同，數(shù)量上的變化也存在差異。周瑋等[1]研究了不同土層厚度下土壤微生物數(shù)量的差異，結(jié)果表明，土層越厚，土壤中微生物數(shù)量越多。李進等[2]研究發(fā)現(xiàn)，施用堿性肥料可以明顯抑制香蕉枯萎病尖孢鐮刀菌的數(shù)量，有效改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性。呂寧等[3]對棉花地進行生物藥劑滴施，發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌粉劑、“施倍健”哈茨木霉菌劑和渝峰“99植?！本鶎ζ涓H土壤微生物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響，具體表現(xiàn)為3種滴劑量越大，細菌數(shù)量越多，放線菌數(shù)量隨枯草芽孢桿菌粉劑和渝峰“99植?！笔┤肓康脑龈叨龈撸婢鷶?shù)量變化相反。劉苗等[4]研究了不同施肥條件下玉米根際土壤微生物數(shù)量的變化，結(jié)果顯示，施肥顯著提高了玉米根際土壤的微生物數(shù)量，其中有機無機肥配施處理最為顯著，單施化肥和單施有機肥處理對土壤細菌、放線菌、固氮菌等菌種的生長繁殖也有較顯著的促進作用。陳瑞州等[5]通過測定芒果園中不同施肥條件下土壤微生物數(shù)量，發(fā)現(xiàn)真菌、放線菌數(shù)量變化趨勢與細菌相反，但差異均未達到顯著水平;肥力高的土壤中細菌數(shù)量較多，肥力低的土壤中真菌數(shù)量較多。此外，碳氮比是影響土壤微生物數(shù)量的一個重要指標，C/N較高的碳源更能為微生物所利用，所以施用氮肥會很大程度上影響土壤微生物的生長繁殖。

2 不同土地利用方式下土壤微生物數(shù)量變化特征

土壤微生物對土壤環(huán)境條件極其敏感，環(huán)境條件的變化對其生長發(fā)育有較大影響。不同的土地利用方式，其土壤植被類型、土壤水分及結(jié)構(gòu)等均會存在差異，土壤微生物數(shù)量也必然會隨之發(fā)生變化。李雪夢等[6]采用稀釋平板法，比較了林地、農(nóng)田兩種土地利用方式下土壤可培養(yǎng)的微生物數(shù)量，發(fā)現(xiàn)林地的放線菌數(shù)量高于農(nóng)田，因為放線菌可以分解難分解的組分，將其分解為腐殖質(zhì)后轉(zhuǎn)化為土壤的有機組分，而種植農(nóng)作物會使土壤根際細菌數(shù)量增加，所以細菌數(shù)量表現(xiàn)為農(nóng)田高于林地。高云超等[7]的研究表明，耕作方式不同會影響細菌生長的能源碳素的供應(yīng)，從而影響土壤中各種細菌所占比例，免耕可增加土壤中芽孢桿菌的數(shù)量，降低熒光假單胞菌的數(shù)量。趙亞麗等[8]研究了不同耕作方式、秸稈還田下農(nóng)田土壤微生物數(shù)量的變化，結(jié)果顯示，深耕、深松耕作和秸稈還田都可有效增加土壤微生物數(shù)量，并能提高土壤酶活性及作物產(chǎn)量。值得注意的是，土壤耕作也可能會對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，一旦土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，或者單一種植滋生出有害微生物，土壤微生物的生長繁殖便會受到阻礙，因此，相對于傳統(tǒng)耕作，免耕和輪耕對農(nóng)田土壤微生物多樣性更具促進作用[9-10]。王淑彬等[11]研究了稻田水、旱輪作的土壤微生物效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)土壤微生物數(shù)量表現(xiàn)為輪作明顯高于連作，且輪作能較大地改善土壤通氣透水狀況。胡江春等[12]對大豆的連作障礙進行研究，發(fā)現(xiàn)連作大豆時，真菌會富集在根際土壤，尤以紫青霉菌居多，該菌對大豆的生長有強烈的抑制作用。楊靖春等[13]在老參地輪作不同年限的紫穗槐后，發(fā)現(xiàn)輪作時間越長，土壤微生物數(shù)量越多，細菌、放線菌、固氮菌等的數(shù)量增加尤為明顯，土壤結(jié)構(gòu)和肥力得到明顯改善。

3 重金屬污染土壤微生物數(shù)量的變化特征

由于大量施入農(nóng)藥、化肥，加上工業(yè)、礦業(yè)的迅猛發(fā)展，土壤重金屬污染問題越來越嚴重，不僅破壞生態(tài)環(huán)境，還通過影響作物品質(zhì)直接危害人類身體健康。重金屬在土壤中很難降解，因而對土壤微生物數(shù)量會產(chǎn)生不良影響，進而使土壤結(jié)構(gòu)及功能穩(wěn)定性遭到破壞[14]。王甜[15]研究了10種常見重金屬對土壤細菌、真菌、放線菌數(shù)量的影響，結(jié)果表明，重金屬Pb和Cr對這三種微生物的生長繁殖均有抑制作用，Cd、Hg、As、V對細菌和真菌的抑制作用明顯，而對放線菌無顯著影響，Zn、Cu、Ni、Mn對土壤微生物均無明顯影響，值得注意的是，Cu含量在68～160 mg·kg-1范圍內(nèi)時，隨著Cu含量增加，細菌數(shù)量逐漸減少，而真菌和放線菌數(shù)量顯著增多。廖潔等[16]對鎘污染下微生物數(shù)量變化的研究結(jié)果顯示，Cd污染濃度為100 mg·kg-1時，對細菌、真菌、放線菌的數(shù)量影響最為顯著。張飛等[17]的研究表明，重金屬U對放線菌的影響表現(xiàn)為低促進高抑制，而對細菌、真菌的生長有明顯促進作用。

4 小結(jié)

綜上所述，施肥和土地利用方式會不同程度地影響土壤環(huán)境狀況，當土壤動植物殘體數(shù)量、通氣透水性能、固氮能力等發(fā)生變化時，就會影響土壤微生物特性，以土壤微生物數(shù)量變化最為明顯，因此，在改變土壤狀態(tài)時，首先應(yīng)考慮是否會引起土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化。由于傳統(tǒng)的稀釋平板法在研究土壤微生物數(shù)量上存在一定的局限性，隨著科技的進步，在今后的研究中，應(yīng)更多地采用分子生物學手段進行高通量分析，從而確保檢測數(shù)據(jù)的精準性，在土壤微生物領(lǐng)域的研究中獲得更大突破。

參考文獻：

[1] 周瑋，嚴敏，蘇春花，等.不同碳酸鹽巖和土層厚度下土壤微生物數(shù)量及生物量的研究——以貴陽市花溪區(qū)為例[J].中國巖溶，2018，37（2）：168-174.

[2] 李進，樊小林，藺中.堿性肥料對土壤微生物多樣性及香蕉枯萎病發(fā)生的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2018，24（1）：212-219.

[3] 呂寧，周光海，陳云，等.滴施生物藥劑對棉花生長、黃萎病防治及土壤微生物數(shù)量的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學報，2018，27（7）：1056-1064.

[4] 劉苗，孫建，李立軍，等.不同施肥措施對玉米根際土壤微生物數(shù)量及養(yǎng)分含量的影響[J].土壤通報，2011，42（4）：816-821.

[5] 陳瑞州，李靜，范家慧，等.不同施肥配比對芒果園土壤養(yǎng)分、微生物數(shù)量和酶活性的影響[J].熱帶作物學報，2018，39（6）：1055-1060.

[6] 李雪夢，宋偉艷，張星，等.土地利用方式對土壤可培養(yǎng)微生物數(shù)量的影響[J].北方農(nóng)業(yè)學報，2017，45（5）：49-54.

[7] 高云超，朱文珊，陳文新.秸稈覆蓋免耕對土壤細菌群落區(qū)系的影響[J].生態(tài)科學， 2000，19（3）：27-32.

[8] 趙亞麗，郭海斌，薛志偉，等.耕作方式與秸稈還田對土壤微生物數(shù)量、酶活性及作物產(chǎn)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學報，2015，26（6）：1785-1792.

[9] 董茂星.長期施肥對農(nóng)田土壤微生物多樣性及群落結(jié)構(gòu)的影響[D].蘭州：蘭州大學，2008.

[10] F Yan， A.B. Mcbratney， L. Copeland. Functional substrate biodiversity of cultivated and uncultivated A horizons of vertisols in NW New South Wales[J]. Geoderma， 2000，96（4）： 321-343.

[11] 王淑彬，黃國勤，李年龍，等.稻田水旱輪作 （第 3 年度） 的土壤微生物效應(yīng)[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報， 2002，24（3）：320-323.

[12] 胡江春，王書錦.大豆連作障礙研究I.大豆連作土壤紫青霉菌的毒素作用研究[J].應(yīng)用生態(tài)學報，1996（4）：396-400.

[13] 楊靖春，張春麗，辛華，等.老參地輪作不同年限的紫穗槐對人參土壤微生物區(qū)系的影響研究.東北師大學報（自然科學版），1985（2）：106-114.

[14] 王嘉，王仁卿，郭衛(wèi)華.重金屬對土壤微生物影響的研究進展[J].山東農(nóng)業(yè)科學，2006（1）：107-111.

[15] 王甜.土壤重金屬含量與土壤微生物數(shù)量和酶活性的關(guān)系[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學，2014.

[16] 廖潔，王天順，范業(yè)賡，等.鎘污染對甘蔗生長、土壤微生物及土壤酶活性的影響[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2017，30（9）：2048-2052.

[17] 張飛，羅學剛，陳功亮，等.鈾對土壤微生物數(shù)量及酶活性的影響[J].安全與環(huán)境學報，2016，16（6）：370-376.